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Bayer Verfahren

Das Bayerverfahren dient dem Aufschluss des Bauxits und der Gewinnung von Aluminiumhydroxid (vgl. Abbildung 2). Im ersten Schritt findet der Aufschluss des vorgemahlenen Bauxits im Rohrreaktor oder in Autoklaven statt. Da Autoklavenkaskaden aufgrund ihrer beweglichen Bauteile prozesstechnische Nachteile aufweisen (wie Verkrustungen und schlechtere Verweilzeitverhalten), ist der Rohrreaktor, trotz seines geringeren Volumens, wesentlich effizienter als Autoklaven. Die Standardtechnologie ist derzeit trotzdem die Laugung in Autoklaven. Dazu wird das Bauxit in heißer Natronlauge (NaOH) unter Zusatz von Kalk (CaO) mit dem Ziel gelöst, das enthaltene Aluminium in Form von Aluminiumhydroxid in Lösung zu bringen und unerwünschte Begleitelemente mittels CaO zu fällen. Der entstehende Rotschlamm enthält die unerwünschten Begleitelemente, die durch Sedimentation oder Fällung als Laugerückstand verbleiben.

Kalzination

Das gewonnene Aluminiumhydroxid ist noch nicht für den Einsatz in der Elektrolyse geeignet, da es eine Restfeuchte aufweist und Hydratgruppen enthält. Für die Abtrennung des Hydroxids wird das Aluminiumoxid daher im nächsten Schritt bei 1000 °C – 1300 °C kalziniert. Dies geschieht entweder im Drehrohrofen oder im Wirbelschichtofen. Das Produkt der Kalzination ist Aluminiumoxid, das in der Elektrolyse eingesetzt werden kann.

Schmelzflusselektrolyse

Um das Aluminiumoxid (Al₂O₃) mittels Elektrolyse zu metallischem Aluminium zu reduzieren, muss das Oxid in ionischer Form vorliegen. Hierzu wird es im letzten Schritt im Elektrolyten gelöst. Das reine Aluminiumoxid wird nicht direkt elektrolysiert, da es einen hohen Schmelzpunkt (2046 °C) aufweist und durch die Elektrolyten die Schmelztemperatur auf 950 °C - 970 °C reduziert wird. Kryolith (Na₃AlF₆) wird als schmelzflüssiger Elektrolyt verwendet, da es eine hohe Ionenleitfähigkeit und eine gute Löslichkeit für Aluminiumoxid aufweist.

Die Schmelzflusselektrolyse erfolgt mit Graphitanoden und Kohle als Kathode. Bei der Durchführung der Elektrolyse setzt sich an der Kohlekathode, die sich am Boden befindet, flüssiges Aluminium ab und kann abgestochen werden (vgl. Abbildung 3). An der Graphitanode entsteht Sauerstoff, der zu CO und CO₂ reagiert.